(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統から少なくとも電流または電圧の情報を収集するマージングユニットであって、
前記電力系統から取得されるアナログ信号を処理して電力系統の状態を示すデジタルデータを出力する処理部と、
通信回線を介して外部装置と通信する通信部と、を備え、
前記処理部は、
前記電力系統の電流または電圧のアナログ信号を、第１サンプルレートのデジタルデータに変換する第１変換部と、
前記電力系統の電流または電圧のアナログ信号を、前記第１サンプルレートよりも低い第２サンプルレートのデジタルデータに変換する第２変換部と、を含み、
前記処理部は、
前記第１変換部による前記第１サンプルレートのデジタルデータを、前記通信部を介し所定信号を受信したタイミングを基準とする所定期間に亘って格納し、且つ、前記第２変換部による前記第２サンプルレートのデジタルデータを前記通信部を介し送信するように構成される、マージングユニット。
【請求項２】
前記第２変換部は、
前記第１変換部から入力する前記第１サンプルレートのデジタルデータを、前記第１サンプルレートおよび前記第２サンプルレートの最小公倍数のサンプルレートのデジタルデータに変換するアップ変換部と、
前記アップ変換部による変換後のデジタルデータを入力し、前記第２サンプルレートのデジタルデータに変換するダウン変換部と、を有し、
前記アップ変換部は、
データ間に当該両データのうちの一方と同一データを内挿することにより、前記第１変換部からの前記第１サンプルレートのデジタルデータをＮ１倍（ただしＮ１＝前記最小公倍数のサンプルレート／前記第１サンプルレート）に補間する補間部を有する、請求項１に記載のマージングユニット。
【請求項３】
前記第２変換部は、さらに、
前記補間部による補間後のデジタルデータを、Ｎ１個毎のデータの移動平均により平滑化し、平滑化後のデジタルデータを、前記第２サンプルレートに基づくナイキスト周波数以上の周波数成分に対応するデータを当該デジタルデータから除去した後に、前記ダウン変換部に出力するフィルタ部を有する、請求項２に記載のマージングユニット。
【請求項４】
前記マージングユニットは、
前記電力系統の電流または電圧のアナログ信号を、前記第１サンプルレートおよび前記第２サンプルレートの最小公倍数のサンプルレートのデジタルデータに変換するアナログ-デジタル変換部を、さらに備え、
前記第１変換部は、
Ｎ２個（ただし、Ｎ２＝前記最小公倍数のサンプルレート／前記第１サンプルレート）毎にデータを間引くことにより、前記アナログ-デジタル変換部から入力する前記最小公倍数のサンプルレートのデジタルデータを、前記第１サンプルレートのデジタルデータに変換し、
前記第２変換部は、
Ｎ３個（ただし、Ｎ３＝前記最小公倍数のサンプルレート／前記第２サンプルレート）毎にデータを間引くことにより、前記アナログ-デジタル変換部から入力する前記最小公倍数のサンプルレートのデジタルデータを、前記第２サンプルレートのデジタルデータに変換する、請求項１に記載のマージングユニット。
【請求項５】
前記外部装置は、前記通信回線を介して受信する前記第２サンプルレートのデジタルデータが予め定められた条件を満たすと判定したとき、前記マージングユニットに前記所定信号を送信する、請求項１に記載のマージングユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統から少なくとも電流または電圧の情報を収集するマージングユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統から電流や電圧などの情報を収集するとともに、電力系統や電力設備に故障が発生した場合に、当該故障を検知するとともに、当該故障を電力系統から切り離すために、保護リレー装置が用いられている。【０００３】
このような保護リレー装置において保護対象の電力系統上に何らかの故障が発生したと判断されたときに、その判断されたタイミングを含む所定期間に亘って、監視対象の信号波形を記録する機能（ログ機能）が搭載されているマージングユニットが知られている。【０００４】
マージングユニットからのシリアルデータは、演算装置であるＩＥＤ（Intelligent  Electric  Device）へ送信されてデータ処理される。このデータ送信の通信規格はIEC61850-9-2で規定されるが、この規定では、マージングユニットとＩＥＤの製造メーカが異なっても相互接続できるだけ整備された規定ではないため、相互接続のためのガイドライン規定として非特許文献１（IEC61850-9-2LE）が提案されている。その規定では、保護制御用ＩＥＤ用には系統周波数の８０倍（８０ｆ）のサンプリング周波数が、系統事故波形記録用ＩＥＤ用として２５６倍(２５６ｆ)のサンプリング周波数がそれぞれ規定されている。【０００５】
そのために、変電所には、系統保護用に８０ｆのサンプルレートのマージングユニットと、事故波形記録用に２５６ｆのサンプルレートのマージングユニットの設置が必要となる。【０００６】
あるいは、マージングユニットにおけるサンプルレートを２５６ｆにして送信し、受信側のＩＥＤで間引いて受信する方法も考えられるが、２５６ｆが８０ｆの整数倍ではないので間引いて８０ｆのデータを取得することはできない。実現する方法として、２５６ｆのサンプリング周波数から８０ｆのサンプリング周波数への変換を行う必要がある。例えば、サンプルレートＡからＢへの変換手法として、特許文献１（特開２０１０−１３０１８５号公報の段落０００４）では、ＡとＢの最小公倍数に零値挿入によるアップコンバージョン後に積分器処理してからサンプリングレートＢに間引いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１３０１８５号公報の段落０００４
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】IMPRLEMENTATION  GUIDELINE  FOR  DIGITAL  INTERFACE  TO  INSTRUMENT  TRANSFORMERS  USING  IEC61850-9-2,UCA  International  Users  Group  2004-07-07のTable10
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
変電所内の複数の事故波形記録用マージングユニットから伝送されるシリアルデータを1台の事故記録用ＩＥＤで受信しようとすると、複数個の２５６ｆのサンプルレートのデータを処理、記録するための演算処理やメモリ容量が膨大になる可能性がある点と、保護制御用ＩＥＤで、前記のようなサンプルレート変換を行う演算量が増加して、保護制御機能演算に支障をきたす可能性が生じる。すなわち、従来のシステムでは以下の問題があった。【００１０】
（１）保護制御用ＩＥＤまたは系統事故記録用ＩＥＤにデータを供するために、８０ｆと２５６ｆでのサンプリングを行う２種類のマージングユニットを変電所に設置する必要があり、コストがかかった。（２）複数の２５６ｆ用マージングユニットから１台の事故記録用ＩＥＤへのデータ転送量が多いため伝送速度を上げると共に、ＩＥＤの処理能力を大きくする必要があった。【００１１】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、異なるサンプルレートでデータをサンプリングすることのできるマージングユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のある局面に従えば、電力系統から少なくとも電流または電圧の情報を収集するマージングユニットは、電力系統から取得されると、通信回線を介して外部装置と通信する通信部と、を備える。処理部は、電力系統の電流または電圧のアナログ信号を、第１サンプルレートのデジタルデータに変換する第１変換部と、電力系統の電流または電圧のアナログ信号を、第１サンプルレートよりも低い第２サンプルレートのデジタルデータに変換する第２変換部と、を含む。さらに、処理部は、第１変換部による第１サンプルレートのデジタルデータを、通信部を介し所定信号を受信したタイミングを基準とする所定期間に亘って格納し、且つ、第２変換部による第２サンプルレートのデジタルデータを通信部を介し送信するように構成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、同一のマージングユニットにより、異なるサンプルレートでデータをサンプリングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るマージングユニットを含む保護制御システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るマージングユニットの構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るサンプルレート変換処理回路のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るサンプルレート変換処理を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る第２のメモリ回路のブロック構成図である。
【図６】図５の第２のメモリ回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２に係るマージングユニットの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１６】
[実施の形態１]
まず、本実施の形態に従うマージングユニット（Merging  Unit：図中は「ＭＵ」と略す）４を含む保護制御システムの全体構成について説明する。
【００１７】
（システム構成）
図１は、本発明の実施の形態に係るマージングユニットを含む保護制御システムの全体構成を示す模式図である。図１を参照して、保護制御システム１００は、変電所や配電所等に設けられ、電力系統の情報を収集するとともに、収集した情報に基づいて、電力系統の保護、制御、監視等の処理を実行する。より具体的には、保護制御システム１００は、電力系統から電流または電圧などの情報を収集する複数のマージングユニット４、マージングユニット４に接続される外部装置として電力系統の保護、制御および監視をするための複数の演算装置（Intelligent  Electric  Device：以下「ＩＥＤ」とも称す。）５、およびＩＥＤ５などからの情報を収集する変電所自動化システム（Substation  Automation  System：ＳＡＳ）８を含む。マージングユニット４のそれぞれに対応して、ＩＥＤ５が接続される。なお、本図では、マージングユニット４に対応してＩＥＤ５が接続される図となっているが、複数のマージングユニットが１台のＩＥＤに接続される場合や、1台のマージングユニットが複数のＩＥＤに接続される場合がある。一般的な保護制御システムでは、用途（例えば、保護の対象や制御の対象毎）に応じて複数のＩＥＤ５が配置される。また、用途別のＩＥＤとしては、保護対象毎に異なるＩＥＤとは別に、例えば、保護制御機能を実現する保護制御用ＩＥＤや、系統事故記録用ＩＥＤなどが挙げられる。
【００１８】
図１には電力設備の一例として、電力用送電線または母線に相当する電線１および電線１に接続された電流変成器２および電圧変成器３が示される。マージングユニット４とＩＥＤ５との間は、所定のプロトコルに従ったプロセスバス６を介して、互いにデータ通信可能になっている。プロセスバス６は、電気信号によりデータを伝送する構成であってもよいが、本実施の形態においては、光ファイバを用いて光信号によるシリアルデータを伝送する構成であるとする。
【００１９】
マージングユニット４は、電流変成器２および電圧変成器３からの各３相分など電力系統の保護・制御に必要な情報を入力し、これらを収集（集合）させた後に、プロセスバス６を介しＩＥＤ５に出力する。また、マージングユニット４は、電流変成器２および電圧変成器３からの電流および電圧波形であるアナログ信号を入力し、入力信号をサンプリングすることにより、デジタルデータに変換して出力する機能を有する。マージングユニット４は、ＩＥＤ５または外部の時刻同期信号発生器（図示せず）から受信する時刻同期信号７に基づき、サンプリング信号を生成する。サンプリング信号の周波数によりサンプルレート（またはサンプリング周期）が決定される。
【００２０】
また、マージングユニット４、ＩＥＤ５および上位の変電所自動化システム８は、ステーションバス９で接続されて、ステーションバス９を介して互いに通信可能になっている。ＩＥＤ５は、電力系統の状態をリアルタイムで出力することもできる。例えば、ＩＥＤ５は、ステーションバス９を介して、変電所自動化システム８へ電力系統の情報を出力することもできる。変電所自動化システム８は、ステーションバス９を介して受信する情報に基づきＩＥＤ５またはマージングユニット４をモニタする。また、ステーションバス９を介して接続される複数のＩＥＤ５は、相互に通信できる。
【００２１】
ＩＥＤ５は、マージングユニット４からの情報に基づいて、電力系統の保護、制御、監視等の処理を実行する。例えば、電力系統の異常を検出するための予め定められたリレー演算ロジックが成立するかを所定周期毎に判断するとともに、リレー演算ロジックが成立すると、対応する遮断器（図示せず）に対してトリップ信号を出力するとともに、事故検出信号をステーションバス９に送信する。
【００２２】
ＩＥＤ５は、当該リレー演算ロジックが成立した時を示す時刻データ、すなわち電力系統事故等の異常を検出した時を示す時刻データを図示しないタイマから取得し、当該時刻データが付与された事故検出信号を、ステーションバス９を介して送信する。マージングユニット４は、ＩＥＤ５からの事故検出信号を、トリガ信号１０として受信する。
【００２３】
（マージングユニットの構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係るマージングユニットの構成図である。図２のマージングユニット４は、電力系統の電流変成器２または電圧変成器３からの電流波形または電圧波形アナログ信号をデジタルデータに変換し出力する入力処理部、データ処理部１５、および対応のＩＥＤ５などとデータ，信号を送受信するための通信部を備える。データ処理部１５は、入力処理部からの電流波形または電圧波形のデジタルデータを処理して電力系統の状態を示すデータを所定のプロトコルで信号処理し、出力する。
【００２４】
入力処理部は、マージングユニット４と外部回路とを絶縁し電圧変換する機能を有する複数の入力変換回路１１（１１−１〜１１−ｎ、ｎは入力変換回路のチャネル数）、各入力変換回路１１に対応のアナログフィルタ回路１２（１２−１〜１２−ｎ）、各アナログフィルタ回路１２〜の信号を入力し切替えながら出力側に導出するマルチプレクサ回路１３、およびマルチプレクサ回路１３からのアナログ信号をデジタルデータに変換して出力するＡＤ（Analog  to  Digital）変換回路１４を含む。
【００２５】
各入力変換回路１１は、電流変成器２または電圧変成器３からの情報、すなわち電流波形または電圧波形のアナログ信号を入力し、マージングユニット４内部の適当な信号に変換した後に、対応のアナログフィルタ回路１２に出力する。各アナログフィルタ回路１２は、対応の入力変換回路１１からの電流信号または電圧信号を、その高周波成分を除去した後に、マルチプレクサ回路１３に出力する。
【００２６】
マルチプレクサ回路１３は、複数のアナログフィルタ回路１２に対応して複数の入力チャネルを有し、切替信号に従って入力チャネル数分、所定の周期で順番に入力を切替え、切替えにより選択された１チャネルからのアナログ信号をＡＤ変換回路１４に出力することで入力チャネル数分のアナログ信号をデジタルデータに順番に変換する。
【００２７】
ＡＤ変換回路１４は、入力するアナログ信号（電流または電圧の波形信号）を、サンプリング信号に従いデジタルデータに変換し、データ処理部１５に出力する。
【００２８】
マルチプレクサ回路１３の入力チャネルの切替周期を決定する切替信号およびＡＤ変換回路１４のサンプリング周期を決定するサンプリング信号は、データ処理部１５からマルチプレクサ回路１３およびＡＤ変換回路１４のそれぞれに与えられる。
【００２９】
データ処理部１５は、入力処理部からの電流または電圧のデジタルデータを格納する第１のメモリ回路２０および第２のメモリ回路２４、および第１のメモリ回路２０から読出されたデジタルデータに所定処理を施すサンプルレート変換処理回路２１を含む。さらに、マルチプレクサ回路１３の切替信号およびＡＤ変換回路１４のサンプリング信号を生成するためのサンプリング信号生成回路２３、および伝送フォーマット化回路２２を含む。伝送フォーマット化回路２２は、サンプルレート変換処理回路２１により所定処理が施されたデジタルデータを、電力系統の状態を示すための所定のプロトコルのフォーマットに従う伝送用データに変換した後に通信部に出力する。伝送フォーマット化回路２２は、典型的には、電力系統から収集される電流信号または電圧信号をサンプリング周期毎に時系列に並べたシリアルデータを所定のプロトコルに編集して出力する。
【００３０】
通信部は、ＥＯ（Electrical-to-Optical）変換回路１６、ステーションバス９を介してＩＥＤ５などから事故検出信号を受信するためのＯＥ（Optical-to-Electrical）変換機能およびＩＥＤ５などへデータを送信するためのＥＯ変換機能を有する送受信回路１７、および時刻同期信号７を受信する受信回路１８を含む。ＥＯ変換回路１６は、伝送フォーマット化回路２２からのデジタルデータである電気信号を光信号に変換した後にプロセスバス６を介しＩＥＤ５に送信するための送信処理部に相当する。
【００３１】
本実施の形態では、ＡＤ変換回路１４のサンプルレートは、事故記録用として要求されるレート（例えば２５６ｆ、ｆは系統周波数）が採用される。ＡＤ変換回路１４には、このためのサンプリング信号がサンプリング信号生成回路２３から与えられる。サンプリング信号生成回路２３は、受信回路１８で受信した時刻同期信号７からマルチプレクサ回路１３の切替信号およびサンプリング信号を生成し、マルチプレクサ回路１３およびＡＤ変換回路１４それぞれに出力する。
【００３２】
データ処理部１５では、ＡＤ変換回路１４から出力される時系列のデジタルデータは、第１のメモリ回路２０に書込まれて所定期間分のデータが保存される。第１のメモリ回路２０は、少なくとも所定期間分のデータを格納可能な記憶容量を有した１種のリングバッファであり、当該バッファに所定期間保存されたデータは順次古いデータから、ＡＤ変換回路１４から入力するデジタルデータの上書きにより更新される。すなわち、当該バッファでは、データは書込まれてから常に所定期間保存された後に、更新される。
【００３３】
サンプルレート変換処理回路２１は、第１のメモリ回路２０から所定期間保存されたデジタルデータを読出し、読出したデータを保護制御用のサンプルレートのデータに変換した後に、伝送フォーマット化回路２２に出力する。伝送フォーマット化回路２２は、サンプルレート変換処理回路２１からのデジタルデータから、プロセスバス６として規定されるプロトコルに従ってシリアルデータを生成し、ＥＯ変換回路１６に出力する。
【００３４】
また、データ処理部１５では、ＡＤ変換回路１４から出力される時系列のデジタルデータは、第１のメモリ回路２０と同様に、第２のメモリ回路２４に書込まれて所定期間分保存される。第２のメモリ回路２４も１種のリングバッファであり最新データが常に所定期間分保存される。所定期間保存されたデータは順次古いデータから、ＡＤ変換回路１４からのデジタルデータが上書きされて更新される。第２のメモリ回路２４におけるデータ保存のための所定期間は、第１のメモリ回路２０での保存期間とは異なる長さであってよく、一般的には数秒〜数１０秒程度の期間である。
【００３５】
データ処理部１５では、送受信回路１７はＩＥＤ５から事故検出信号を受信すると、第２のメモリ回路２４に出力する。第２のメモリ回路２４は、送受信回路１７からの事故検出信号をトリガ信号１０として入力し、トリガ信号１０を入力したとき、上書きによるデータ更新を停止する。
【００３６】
（サンプルレート変換処理）
図３は、本発明の実施の形態１に係るサンプルレート変換処理回路２１のブロック図である。本実施の形態では、マージングユニット４により、系統保護用の８０ｆのサンプルレートによるデータと、事故波形記録用の２５６ｆのサンプルレートによるデータとを同時に収集することができる。サンプルレート変換処理回路２１は、系統保護用の８０ｆのサンプルレートによるデータを収集するために設けられる。
【００３７】
図３を参照して、サンプルレート変換処理回路２１は、アップコンバージョン回路３１、入力データから高周波成分を除去するためのデジタルフィルタであるフィルタ回路３２、およびダウンコンバージョン回路３３を含む。これらは、この順番で従属接続される。サンプルレート変換処理回路２１は、事故記録用のサンプルレート（例としてIEC61850−9−2LEで規定される２５６ｆ）でサンプリングされたデータを保護制御用のサンプルレート（例としてIEC61850−9−2LEで規定される８０ｆ）に変換する。
【００３８】
図４は、本発明の実施の形態１に係るサンプルレート変換処理を説明するための図である。図４では共通の時間軸ｔに従って、サンプルレートを異ならせてサンプリングした場合を示す。図４の（Ａ）と（Ｂ）と（Ｄ）では、同一のアナログ信号（電流信号または電圧信号）を２５６ｆと１２８０ｆと８０ｆのそれぞれ異なるサンプルレートでサンプリングした場合に取得されるデータ数（サンプル数）と、データが取得される周期が模式的に示される。図４の（Ａ）はＡＤ変換回路１４から出力される２５６ｆでサンプリングされたデータのタイミングを示し、図４の（Ｂ）は、図４の（Ａ）の２５６ｆのデータを１２８０ｆでサンプリングした、すなわちアップコンバージョンしたデータのタイミングを示し、図４の（Ｄ）は、図４の（Ｂ）の１２８０ｆのデータを８０ｆでサンプリングした、すなわちダウンコンバージョンしたデータのタイミングを示す。図４の（Ｃ）は、図４の（Ａ）のタイミングでサンプリングされた波形のプロット点（白丸点）と、図４の（Ｂ）のアップコンバージョンした場合に取得されるサンプル点の値（サンプル値ともいう）によるプロット点（黒丸点）と、当該波形をスムージング処理した後の波形とを示す。図４を参照しつつ、サンプルレート変換処理回路２１の動作を説明する。
【００３９】
（１）ＡＤ変換回路１４により２５６ｆでサンプリングされたデータ（図４の（Ａ）の矢印で示すサンプル点）は、第１のメモリ回路２０に所定期間分保存された後に、アップコンバージョン回路３１に出力される。
【００４０】
（２）アップコンバージョン回路３１は、入力した所定期間分の２５６ｆのデータを、２５６ｆと８０ｆの最小公倍数である１２８０ｆにアップコンバージョンした後に出力する（図４の（Ｂ）の矢印で示すサンプル点）。図４の（Ｃ）では、アップコンバージョン後の波形をプロットする点のうち、２５６ｆでのサンプル点に対応する点は白丸点で示される。本実施の形態では、アップコンバージョンはサンプル点をＭ個補間することにより実現される。つまり、アップコンバージョン後の１２８０ｆは、元の２５６ｆの５倍に相当することに基づき、Ｍ個は５個となる。補間処理では、２５６ｆのサンプル値（第１サンプル値という）から次の２５６ｆのサンプル値（第２サンプル値という）までの区間内に、第１サンプル値と同じ値を４個内挿することにより補間する（図４の（Ｃ）の黒丸点：補間サンプル値ともいう）ことで、元の２５６ｆのサンプル値が、５倍の周波数（１２８０ｆ）にアップコンバージョンされる。アップコンバージョン回路３１は、サンプル値を、第１（第２）サンプル値および補間サンプル値のいずれであるかを識別する識別子を付与しながら、サンプリング順に従い時系列に出力する。
【００４１】
（３）フィルタ回路３２は、高周波成分を除去する１種のデジタルＬＰＦ（Low  Pass  Filter）である。フィルタ回路３２が実行するステップは、アップコンバージョン回路３１からの１２８０ｆのデータをスムージング（平滑化）処理する第１ステップと、アンチエイリアスフィルタ処理する第２ステップとを含む。本実施の形態ではスムージングのために、たとえば移動平均が適用される。
【００４２】
（３−１）第１ステップの移動平均では、フィルタ回路３２は、アップコンバージョン回路３１から時系列に入力する１２８０ｆのデータについて、第１（または第２）サンプル値と、これに続いて入力する上記の４個の補間サンプル値の計Ｍ個の平均値を算出する。Ｍ個のサンプル値は同じ値であるので、４個補間後の平均値は元の第１（または第２）サンプル値と同じとなる。それ以外の補間されたサンプル値は、実際の２５６ｆのサンプルの１個前の値との間で補間個数に応じて即ち時間に応じて補間される。このような簡単なスムージング処理により、１２８０ｆのアップコンバージョン後の実際の波形はスムージング処理後の波形に変換される（図４の（Ｃ）参照）。
【００４３】
（３−２）第２ステップでは、フィルタ回路３２は、スムージング処理後の１２８０ｆの時系列データに、保護制御用のサンプルレート８０ｆに適したアンチエイリアスフィルタ処理を施した後に、ダウンコンバージョン回路３３に出力する。アンチエイリアスフィルタ処理は、高周波成分を除去するフィルタである。より特定的には、後段のダウンコンバージョン回路３３が有する８０ｆのサンプルレートに基づき、サンプリング定理（サンプリング周波数の１/２を超える高周波成分は復元できない）によりナイキスト周波数（４０ｆ）以上の高周波数成分をカットできるようなローパスフィルタ処理に相当する。これにより、次段のダウンコンバージョン時に情報の損失を抑制しながらサンプリングが可能となる。
【００４４】
（４）ダウンコンバージョン回路３３は、フィルタ回路３２から、スムージング処理およびアンチエイリアスフィルタ処理がなされた後の１２８０ｆの時系列データを入力する。入力する時系列データから、図４の（Ｄ）の太矢印のタイミングで、すなわち１６個（１２８０ｆ/８０ｆ＝１６）目毎に１個のサンプリングデータを抽出して出力する。これにより、１２８０ｆのデータは１／１６に間引かれた８０ｆの時系列データとして、伝送フォーマット化回路２２に出力される。
【００４５】
本実施の形態では、スムージング処理の演算に移動平均を用いることで、他の演算（直線近似演算、sin関数を用いた近似演算など）に比べて演算に係る負荷を低くすることができる。また、スムージング処理による平均値は元の２５６ｆのサンプル値（第１または第２サンプル値）と同じ値を含んでいるから、その後のダウンコンバージョン回路３３から出力される８０ｆの時系列データに、元の２５６ｆのサンプル値を含ませることが可能となる。これにより、マージングユニット４内部でサンプルレートを変換するとしても、ＩＥＤ５などに送信される系統保護用データの精度を維持することが可能になる。
【００４６】
なお、第１のメモリ回路２０でデータ保存される所定期間としては、上記（４）のアンチエイリアスフィルタ処理で必要となる数以上のデータ数を保存することのできる期間を意味する。
【００４７】
（事故波形データの記録）
図５は、本発明の実施の形態１に係る第２のメモリ回路２４のブロック構成図である。図６は、図５の第２のメモリ回路２４の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００４８】
図５を参照して第２のメモリ回路２４は、ＡＤ変換回路１４から時系列に入力するデータを格納するメモリ回路４１、N個の事故記録データの記憶エリアMEM-i（i＝１，２，３，…Ｎ）を有する故障記録保存メモリエリア４２、および遅延回路４３を含む。遅延回路４３は、ＩＥＤ５から事故検出信号としてのトリガ信号１０を入力すると、一定時間遅延させた後に、メモリ回路４１に出力する。メモリ回路４１は、１種のリングバッファである。ＡＤ変換回路１４からの時系列のデータはメモリ回路４１に書込まれて、所定期間分保存された後に読出される。第２のメモリ回路２４の動作を説明する。
【００４９】
（１）まず、ＡＤ変換回路１４からの２５６ｆでサンプリングされたデータは、時系列に従って順にメモリ回路４１に格納される。メモリ回路４１では、最新に格納されたデータから遡って所定期間分のデータが保存される。ＡＤ変換回路１４からデータ（最新データに相当）が出力される毎に、所定期間分のデータのうち最も古い（最も過去の）データを当該最新データにより上書されることにより更新される。
【００５０】
（２）遅延回路４３は、トリガ信号１０を入力すると、トリガ信号１０を設定された時間ＴＤだけ遅延させた後に、メモリ回路４１と故障記録保存メモリエリア４２とに出力する。メモリ回路４１は、遅延回路４３からトリガ信号１０を入力すると、上記更新を停止する。更新を停止したメモリ回路４１の所定期間分のデータは、故障記録保存メモリエリア４２に転送され、転送されたデータは記憶エリアMEM-１に、トリガ信号１０の時刻データと共に時系列順に格納される。格納後再度、メモリ回路４１への書き込みを開始し、次のトリガ信号による更新停止と転送（MEM-2への）に備える。図５の例ではこのトリガ信号によるデータ保存をMEM-1〜MEM-NのN回まで保存できるよう構成される。
【００５１】
（３）第２のメモリ回路２４は、ステーションバス９および送受信回路１７を介して、対応のＩＥＤ５または上位の変電所自動化システム８からの要求を受信すると、故障記録保存メモリエリア４２からデータを読出し、送受信回路１７を介し、要求元のＩＥＤ５または変電所自動化システム８に送信する。ＩＥＤ５または変電所自動化システム８は、マージングユニット４から故障記録保存メモリエリア４２のデータを受信する。ＩＥＤ５または変電所自動化システム８は、この受信データを使って事故記録データを解析することができる。
【００５２】
遅延回路４３の設定時間ＴＤについて、図６を参照して説明する。マージングユニット４に接続のＩＥＤ５が事故検出してから、マージングユニット４に事故記録のトリガ信号１０（すなわち事故検出信号）が伝達するまでの伝達時間を時間Ｔｄとし、また、事故解析に必要な波形データとして、事故検出前の時間Ｔ１の期間および事故検出後の時間Ｔ２の期間の波形データであるとすれば、図６よりＴＤ=Ｔ２-Ｔｄで表される。即ち、メモリ回路４１はＴ０＝Ｔ１＋Ｔ２時間分の波形データを格納（保存）可能な容量が必要となる。
【００５３】
このようにマージングユニット４が受信したトリガ信号１０を設定時間ＴＤだけ遅延させた後にメモリ回路４１に与えるようにすることで、事故検出時には、事故解析に必要な時間分の波形データ、すなわち所定期間Ｔ０に相当する波形データが格納されたときに、メモリ回路４１の更新を停止させることができる。これにより、メモリ回路４１に事故検出前後の期間からなる所定期間Ｔ０に亘って波形データを保存することができる。図５の構成によれば、Ｎ個の波形データを、すなわち、Ｎ個のトリガ信号１０それぞれに相当する事故時の現象を表す波形データを保存できる。
【００５４】
本実施の形態に係るマージングユニット４では、電力系統からの電流または電圧のアナログ信号は事故記録用のサンプルレート（２５６ｆ）でサンプリングされてデジタルデータに変換され、変換後のデジタルデータは第１のメモリ回路２０と第２のメモリ回路２４に格納される。第２のメモリ回路２４には、図６に示すように、事故検出時には、トリガ信号１０によって事故検出前後の所定期間Ｔ０に亘って２５６ｆの事故記録データを保存することができる。一方、第１のメモリ回路２０から読出された事故記録用のサンプルレート（２５６ｆ）のデータは、サンプルレート変換処理回路２１により保護制御用のサンプルレート（８０ｆ）に変換される。その後、伝送フォーマット化回路２２を介してプロセスバス６上に送信される。
【００５５】
したがって、単一のマージングユニット４に、保護制御用のサンプルレートのデータをプロセスバス６上に伝送する機能と、事故記録用のサンプルレートのデータを内部メモリに格納（保存）する機能との両方を備えることが可能となる。これにより、保護制御用マージングユニットと、これとは別に事故記録用マージングユニットを設置する必要がなくなる。さらに、事故記録用マージングユニットを個別に設けた場合には、複数のマージングユニットから高いサンプルレートで事故記録用ＩＥＤへの伝送を行う必要があり、伝送速度を上げる必要があったが、本実施の形態によれば、事故記録用のサンプルレートのデータを内部メモリに格納（保存）する機能を備えることで、当該必要性はなく保護制御システム１００を低コストで構成することができる。
【００５６】
[実施の形態２]
本実施の形態２では、保護制御システム１００に適用されるマージングユニットの他の構成例を示す。保護制御システム１００のマージングユニット４Ａを除く他の構成は、実施の形態１の図１と同様である。
【００５７】
図７は、本発明の実施の形態２に係るマージングユニット４Ａの構成図である。図７のマージングユニット４Ａと図２のマージングユニット４とを比較し異なる点は、マージングユニット４Ａは、図２のＡＤ変換回路１４に代替してＡＤ変換回路１４Ａを備え、データ処理部１５に代替してデータ処理部１５Ａを備える点にある。マージングユニット４Ａの他の構成は、マージングユニット４のそれと同様であるから、ここでは相違点を中心に説明する。ＡＤ変換回路１４Ａは、事故記録用のサンプルレートと保護制御用のサンプルレートの最小公倍数でサンプリングし、ＡＤ変換により得られたデータをダウンサンプリング（間引処理）することで事故記録用と保護制御用の２種のデータを生成する。これにより、実施の形態１におけるアップコンバージョン時のスムージング処理を省けるメリットがある。
【００５８】
動作において、ＡＤ変換回路１４Ａは、マルチプレクサ回路１３を介して電力系統から収集される電流信号または電圧信号（アナログ信号）を入力し、入力信号をサンプリングすることにより、時系列のデジタルデータに変換し出力する。マルチプレクサ回路１３の入力チャネルの切替周期を決定する切替信号およびＡＤ変換回路１４のサンプリング周期を決定するサンプリング信号は、データ処理部１５Ａから与えられる。ＡＤ変換回路１４Ａに与えられるサンプリング信号は、事故記録用のサンプルレート（２５６ｆ）と保護制御用のサンプルレート（８０ｆ）の最小公倍数（１２８０ｆ）のサンプルレートを有するサンプリング信号である。
【００５９】
データ処理部１５Ａでは、ＡＤ変換回路１４Ａからのデータを入力し第１のメモリ回路２０に格納する。第１のメモリ回路２０から読出された時系列のデータは、フィルタ回路２５および２５６ｆ変換回路２７に出力される。
【００６０】
フィルタ回路２５は、第１のメモリ回路２０からの１２８０ｆのデータにアンチエイリアスフィルタ処理を施して８０ｆ変換回路２６に出力する。フィルタ回路２５によるアンチエイリアスフィルタ処理では、後段の８０ｆ変換回路２６が８０ｆのサンプルレートを有することに鑑みて、実施の形態１と同様に、４０ｆのナイキスト周波数以上の周波数成分のデータを除去する、ローパスフィルタ処理が実行される。
【００６１】
８０ｆ変換回路２６は、入力する１２８０ｆのデータを１／１６に間引かれた８０ｆの時系列データに変換した後に、伝送フォーマット化回路２２に出力する。これにより、保護制御用のサンプルレートのデータがプロセスバス６上に伝送される。
【００６２】
一方、２５６ｆ変換回路２７は、第１のメモリ回路２０からの１２８０ｆの時系列データを入力し、１２８０ｆの５個サンプル値毎に１個のサンプル値を抽出する間引き処理により、２５６ｆ変換を実行する。２５６ｆ変換回路２７から出力されるサンプル値は、第２のメモリ回路２４へ時系列順に従って格納される。これにより第２のメモリ回路２４では２５６ｆの事故記録データの保存が可能となる。事故検出時にトリガ信号１０を入力したときは、実施の形態１と同様に、第２のメモリ回路２４では、事故解析に必要な時間分の波形データ、すなわち所定期間Ｔ０に相当する波形データが格納されたときに、メモリ回路４１の更新を停止させてデータを保存することができる。
【００６３】
図７では、２５６ｆ変換回路２７による２５６ｆへの変換のために除去すべき高周波成分は、フィルタ回路１２に適切なカットオフ周波数を設定することで、フィルタ回路１２により予め取除かれるとしている。したがって、８０ｆ変換回路２６については前段にフィルタ回路２５を備えるが、２５６ｆ変換回路２７については、その前段に高周波成分除去のためのフィルタ回路を備える必要はない。
なお、フィルタ回路１２の特性（カットオフ周波数）が１２８０ｆのアンチエイリアスフィルタの特性で構成されている場合には、フィルタ回路１２によっては、２５６ｆに変換した時に影響の出る高周波成分を除去できない可能性がある。その場合には、２５６ｆ変換回路２７の前段に２５６ｆについてのアンチエイリアスフィルタの特性を有するフィルタ回路を設ける必要がある。
【００６４】
本実施の形態２によれば、周波数変換は１２８０ｆ→８０ｆおよび１２８０ｆ→２５６ｆのダウンコンバージョンのみであるから、実施の形態１に比較してアップコンバージョンの処理が不要となり、その分、処理が簡単になる。
【００６５】
実施の形態１でのサンプルレート変換は、要約すると、２５６ｆから８０ｆにする場合には、２５６ｆと８０ｆの最小公倍数である１２８０ｆのサンプルレートにアップコンバージョンし、そのデータを間引いてダウンコンバージョンする方法を採る。アップコンバージョンとしては元の２５６ｆのサンプル値を次の２５６ｆのサンプル値まで継続（即ち、次の２５６ｆのサンプル値に更新するまでデータをラッチ）させることで１２８０ｆデータに補間する。その後、その５個値の移動平均（５個は、５＝（１２８０ｆ／２５６ｆ）による）により雑音を除去する。また、ダウンコンバージョンする際には、移動平均後のデータを、まず、ナイキスト周波数の周波数特性を有するアンチエイリアスフィルタを介して８０ｆを超える周波数成分を除去し、その後に１６分の１のデータにまで間引くことにより、８０ｆのデータに変換し、送信する。
【００６６】
実施の形態２では、要約すると、ＡＤ変換時に２５６ｆと８０ｆの最小公倍数である１２８０ｆのサンプルレートのデジタルデータに変換する。マージングユニット４Ａで、ＡＤ変換後の１２８０ｆのデジタルデータを間引いて２５６ｆのデータに変換して事故記録用として保存（第２のメモリ回路２４に格納）する。また、ＡＤ変換後の１２８０ｆのデジタルデータを、周波数特性としてナイキスト周波数を有したアンチエイリアスフィルタを介して高周波成分を除去し、その後に、データを間引くことにより、保護制御用の８０ｆのデータに変換し、送信する。
【００６７】
（変形例）
実施の形態１または２では、ＩＥＤ５などは、たとえば、マージングユニット４（４Ａ）から受信する保護制御用のサンプルレート（８０ｆ）のデータが予め定められたリレー演算ロジックなどの条件を満たすと判定したとき、当該マージングユニット４（４Ａ）に対し事故検出信号を送信するとしてもよい。
【００６８】
また、実施の形態１または２では、マージングユニット４または４Ａは、事故検出信号を、ステーションバス９を介して受信するとしたが、ステーションバス９に代替してプロセスバス６を介し受信するとしてもよい。
【００６９】
また、実施の形態１または２では、ＩＥＤ５または変電所自動化システム８は、第２のメモリ回路２４に保存されたデータを要求するが、要求先は、１個のマージングユニット４（４Ａ）に限定されない。たとえば、複数のマージングユニット４（４Ａ）の第２のメモリ回路２４に保存されたデータを要求する場合には、複数のマージングユニット４（４Ａ）それぞれに任意の時間順でメモリからのデータ読出しが可能なように要求を送信するとしてもよい。これにより、プロセスバス６に一度に伝送データが集中するのが回避されて、トラフィックが高くなることによる通信負荷上昇を抑制することができる。
【００７０】
（実施の形態の効果）
実施の形態によれば、マージングユニット４（４Ａ）において電力系統情報としての電流・電圧入力情報を常時、故障記録用のサンプルレート（２５６ｆ）でＡＤ変換する。このようにＡＤ変換されたデータのうち、ＩＥＤ５などからの事故検出信号であるトリガ信号１０受信時の前後に亘る所定期間Ｔ０のデータを第２のメモリ回路２４に保存することができる。また、サンプルレートのコンバージョン回路とフィルタ回路を備えることで、故障記録用のサンプルレート（２５６ｆ）でＡＤ変換されたデータから保護制御用のサンプルレート（８０ｆ）のデータを取得することができる。
【００７１】
また、リアルタイムでの事故記録機能はないが、マージングユニット４（４Ａ）を事故記録用マージングユニットとしても用いることが可能となる。つまり、第２のメモリ回路２４により事故記録用データの保存機能を提供できることから、マージングユニット４（４Ａ）が有するリアルタイムで常時プロセスバス６にデータ伝送する機能を利用することで、第２のメモリ回路２４からデータを読出しプロセスバス６に伝送することができる。このとき、一度に伝送すると保護制御用のサンプルレート（８０ｆ）の伝送効率が低下する場合には、データを分割して伝送することで、特に、プロセスバス６のトラフィックに対する悪影響を防止できる。これにより、マージングユニット４（４Ａ）を事故記録用マージングユニットとしても用いることが可能になる。その結果、マージングユニットおよびこれを含む保護制御システム１００に係るコストを低くすることができる。さらに関係する複数のマージングユニット４（４Ａ）から、ＩＥＤ５または上位の変電所自動化システム８などからの要求に応じて、任意の時間順で第２のメモリ回路２４からデータを読出し伝送することが可能になるので、トラフィックが高くなるのを回避しながらデータ伝送することが可能になる。
【００７２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７３】
１  電線、２  電流変成器、３  電圧変成器、４，４Ａ  マージングユニット、５ＩＥＤ、６  プロセスバス、７  時刻同期信号、８  変電所自動化システム、９  ステーションバス、１０  トリガ信号、１３  マルチプレクサ回路、１４，１４Ａ  ＡＤ変換回路、１５，１５Ａ  データ処理部、２０  第１のメモリ回路、２１  サンプルレート変換処理回路、２２  伝送フォーマット化回路、２３  サンプリング信号生成回路、２４  第２のメモリ回路、３１  アップコンバージョン回路、３３  ダウンコンバージョン回路、４１  メモリ回路、４２  故障記録保存メモリエリア、４３  遅延回路、１００  保護制御システム。
【要約】
マージングユニット（４）は、電力系統からのアナログ信号を処理して電力系統の状態を示すデジタルデータを出力する処理部と、通信回線を介し外部装置と通信する通信部とを備える。処理部は、電力系統の電流または電圧のアナログ信号を、第１サンプルレートのデジタルデータに変換する第１変換部と、当該アナログ信号を、第１サンプルレートよりも低い第２サンプルレートのデジタルデータに変換する第２変換部と、を含む。処理部は、第１変換部による第１サンプルレートのデジタルデータを、通信部を介し所定信号を受信したタイミングを基準とする所定期間に亘って格納し、且つ、第２変換部による第２サンプルレートのデジタルデータを通信部を介し送信するように構成される。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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